Monthly Archives: noviembre 2016

24
noviembre

El ADN es cosa de bits

Un genoma humano tiene 3.200.000.000 pares de bases. Tener en cuenta una secuencia de tal calibre, además de sólo 4 “letras” diferentes, se insinúa imposible. Aunque sólo fuese por esta circunstancia, el apoyo informático se convierte en absolutamente necesario.

La informática se convierte así en un aliado necesario de la biología principalmente a nivel molecular.

¿Cómo descubrir, en ese listado inmenso, la secuencia concreta que andamos buscando? ¿Cómo diferenciar secuencias “equivalentes” en el ADN de diferentes personas, o de diferentes organismos?

Las bases de datos de secuenciación de genes y genomas cada vez son más amplias (también para obtenerlas es necesaria la informática). Cada día aparecen noticias sobre la secuenciación del genoma de nuevos organismos. El problema de la biología actual del ADN es la enorme cantidad de datos que poseemos y su fuerte ritmo de crecimiento que debe obligar a la creación de programas informáticos eficientes y rápidos para ordenarlos, describirlos y compararlos.

Además de analizar secuencias, la informática puede servir de gran ayuda para descubrir la “calidad” de las mismas (su acción) por la interrelación funcional, que sabemos que se produce entre diferentes secuencias localizadas en diferentes parte del genoma. Me atrevo a predecir que un futuro premio Nobel será consecuencia del descubrimiento realizado por alguna herramienta informática.

La biología ya no sólo es cosa de bota y de bata: se necesitan bits

La biología ya no sólo es cosa de bota y de bata: se necesitan bits

La informática ayuda, además, en la conformación 3D. La naturaleza bioquímica de la vida y de sus disfunciones está determinada por las interacciones en 3D que se producen entre diferentes componentes bioquímicos. Sobre todo ADN y proteínas. La informática puede realizar y variar de una forma gráfica y rápida las diferentes conformaciones que pueden adoptar ciertas moléculas para comprobar las posibilidades de sus interrelaciones tridimensionales.

Todo ello requiere el desarrollo de herramientas, algoritmos y software adecuado para conseguir de forma rápida y precisa todos los resultados de las investigaciones en este campo.

La Informática así aplicada recibe el nombre de Bioinformática y constituye un poderoso instrumento imprescindible, hoy día, en la investigación biológica.

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17
noviembre

Una misma persona, dos genomas distintos

No siempre ocurre así: un genoma haploide de papá y otro genoma haploide de mamá. Uno y uno. A veces hay más de dos. Son raros los casos, pero sí.

Puede suceder que en las primeras fases del desarrollo del embrión en humanos, éste no se encontrara sólo en el aparato sexual materno, sino acompañado de un hermano con el que se me mezcló, formando una sola unidad. Las parte fusionadas se adaptaron, se sincronizaron en un desarrollo unitario y las células, tejidos y órganos o partes de ellos a los que dieron lugar se encontraran en el individuo nacido y más tarde, en el adulto. Éste nuevo embrión, que surge de la mezcla, presentaría células con un genoma, y células con el genoma de su hermano o hermana.

Los individuos que presentan tales características reciben el nombre de quimeras. Un individuo quimera tiene, por tanto 2 genomas diploides.

En el embrión quimera, hay células que tienen un genoma,  y otras otro genoma,  resultado de la mezcla de dos embriones.

En el embrión quimera hay células que tienen un genoma y otras que poseen otro genoma. Es el resultado de la mezcla de dos embriones diferentes.

¿Es posible que fusionen más de un hermano? La literatura científica dice que sí sería posible; y, en ese caso, sus células tendrían 3 genomas, es decir, habría células de 3 tipos con un genoma distinto cada una. ¿Y también 4, 5…? Hasta ahora sólo se han encontrado y descrito casos de doble genoma.

La causa del origen de los individuos quimera es todavía incierta. En el libro El embrión ficticio, de Gonzalo Herranz, explica dos clases diferentes de teorías sobre cómo se producen estos casos. Lo que sí está claro que su inicio se debe a una fecundación doble: dos óvulos distintos y dos espermatozoides distintos. La diferencia entre una clase y otra se produce por el momento de la fusión de ambos embriones.

La teoría “tradicional”, es aquella que tiene una mayor tradición histórica, y afirma que se producen dos fecundaciones en óvulos distintos individualizados. Se produce una doble ovulación materna, donde cada óvulo independiente está envuelto en su correspondiente zona pelúcida; posteriormente, en algún momento anterior a la plena implantación (desde los primeros días hasta el día 14), los embriones se fusionan en uno solo, desarrollándose luego un solo individuo con células de ambos tipos entremezcladas.  Existen muchos matices acerca de los mecanismos que permiten o impiden tal fusión y, para intentar aclarar por qué fallan o se activan algunos de esos mecanismos, algunos científicos hipotetizan que debe producirse en un margen temporal diferente al que afirman otros. No obstante, hasta la fecha, nadie ha contemplado el fenómeno de fusión de embriones incipientes, ni siquiera desde que se instauró la fecundación in vitro.

El segundo tipo de teoría, más reciente en el tiempo, no habla de fusión de embriones sino de dos óvulos diferentes envueltos en la misma zona pelúcida (se trataría en este caso de una ovulación especial).  Ambos son fecundados por su correspondiente espermatozoide, uno para cada óvulo.  Como ambos forman parte de la misma unidad, irían dividiéndose ambos tipos de células como lo harían las de un cigoto normal, como un único embrión.

Tanto en un caso como en otro los genotipos del individuo quimera serían 46,XX/46,XX; 46,XY/46,XY o 46,XX/46Y. En los dos primeros genotipos que contienen cromosomas isosexuales, todas las células del individuo serían femeninas o masculinas respectivamente. Son mujeres o varones de fenotipo normal, como uno más, hasta que se enteran de su condición por un análisis sanguíneo o un genotipado de HLA (compatibilidad). En definitiva, por un análisis genético.

Las quimeras anisosexuales acostumbran a presentar manifestaciones en mayor o menor grado de trastorno ovotesticular (tipo de hermafroditismo): órganos genitales externos ambiguos y alteraciones gonadales (1 testículo y 1 ovario; tejido ovárico y testicular reunidos en un ovotestis).

Otro fenómeno diferente, más frecuente -diría que universal-  son los individuos mosaico, en los que el genoma de todas sus células no son exactamente iguales porque sus células han sufrido mutaciones previas, debido a que la ADN polimerasa no es perfecta, y siempre hay algún error en la copia del ADN, produciendo células hijas en las que algunos nucleótidos cambian.

Cada célula de difrentes de su color. Está claro que incluso en nuestro propio cuerpo hay diversidad y covivencia

Cada célula de su color. Está claro que incluso en nuestro propio cuerpo, dentro de un sólo organismo, hay diversidad

Todos somos individuos mosaico en mayor o menor grado, o también podríamos decir que todos somos mutantes ambulantes.  ¿Qué te parece ser un  X-men?

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10
noviembre

La red de la genética

Con la cascada de noticias sobre las investigaciones científicas relativas al genoma y al epigenoma, uno se puede imaginar que el genoma de los organismos, humano incluido, funciona en la mayor parte de los casos como un sistema en forma de red, mediante el cual el momento, lugar e intensidad en ciertas expresiones génicas concretas viene condicionada por la activación/supresión de otros genes, así como de la presencia de ciertos factores, normalmente químicos, del entorno genómico.

No hace falta que exista una mutación para provocar la deficiencia en la expresión del gen o su sobreexpresión. Es posible que algo falle en la red genómica para que esa circunstancia se dé, de ahí que sea tan complicado desentrañar las causas de muchas enfermedades con causa genética, así como la existencia de las diferencias genéticas entre enfermos con el mismo tipo de dolencia.

cruce-de-vias_senalesComo una imagen –dicen- que vale más que mil palabras, puede contemplarse el funcionamiento genómico como el de una red de carreteras y caminos en que el trayecto entre lugares se conecta por la expresión de determinados genes; bien porque éstos sólo son transcritos, que se corresponderían con  caminos de una sola vía (de un solo sentido) con otros –quizás más importantes- con genes que se expresan en proteínas que se corresponderían con aquellas carreteras de doble vía. La interrupción de un camino o de una de las vías por obras, accidentes, inundaciones, u otro tipo de cortes en alguna de ellas impediría que la red no funcionara, lo hiciera deficientemente o nos llevara a otro lugar distinto del que debiera.

En la mayoría de enfermedades, en las denominadas multifactoriales, es muy posible que suceda algo análogo a lo expresado anteriormente y que no podamos hablar de enfermedad desde un punto de vista común sino de enfermedades particulares. Dando entrada así a la denominada medicina personalizada.

Si bien existen algunos factores comunes, estadísticamente hablando, entre quienes padecen una determinada deficiencia por causas genéticas, está también establecido que un porcentaje no desdeñable de dichos enfermos carecen de los factores presumiblemente responsables que los otros tienen en común, existiendo además una gran variabilidad de las posibles causas genéticas entre ellos.

Está claro que el funcionamiento del genoma es tremendamente complejo y que son necesarios muchísimos más estudios para desentrañar poco a poco lo que no hace tiempo considerábamos -una vez completado el proyecto sobre el genoma humano- como la solución definitiva:  la piedra filosofal de la medicina.

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4
noviembre

La ciencia de lo (e)nano

La nanotecnología es uno de los campos punteros de la ciencia en la actualidad. Dicen que va a producir una revolución con las supuestas casi infinitas aplicaciones que le atribuyen.

La nanotecnología podemos definirla como la tecnología de lo “nano”. Nano se refiere al nanómetro (10-9 m), a la mil millonésima parte del metro o a la millonésima parte del milímetro. Por otro lado, tecnología sabemos todos lo que es. Entonces nanotecnología es la capacidad para observar, producir, construir y manipular objetos pequeñísimos. Hablaríamos entonces, por poner un ejemplo, de nanochips de memoria capaces de contener la información de los volúmenes  la biblioteca nacional en un punto imperceptible.

Cartel de la elícula Viaje Alucinante y escena de Los Simpons parodiando la película (hasta en esa serie se ha tratado el tema de Nanotecnología... su importancia debe tener)

Cartel de la película Viaje alucinante y escena de Los Simpons parodiando la película. La nanotecnología en ambos casos fue usada para solucinar un problema médico introduciendo una nave nano (y tripulación) en el cuerpo del paciente

El ADN también es un objeto natural nano, su grosor es de 2 nanómetros. Una secuencia de 10 pares de bases tiene una longitud de 3,4 nanómetros.

Hasta el momento, manipulamos el ADN de forma físico-bioquímica y normalmente utilizamos ADN en grandes cantidades, aunque sean picomoles. El acceso a una sola molécula de ADN de forma directa nos está hoy técnicamente vedado si no hacemos millones de réplicas de la misma a través de la técnica de la PCR. No tenemos acceso al ADN de una o varias células entremetidas en la inmensidad de células que forman los tejidos u órganos corporales in vivo. En la actualidad tenemos que manipular el ADN de células especializadas o bien embrionarias o madre adulta siempre fuera del contexto natural (in vitro).

Con la nanotecnología se acabarían estos problemas y, en teoría, podríamos modificar el ADN celular allí donde fuese necesario (in situ e in vivo) introducir una reparación a través de algún artilugio nano.

Es algo parecido a lo que sucedía en la película de ciencia ficción Viaje alucinante (basada en la novela del mismo título de Isaac Asimov). En ella, un submarino es reducido de tamaño con un rayo reductor, con tripulantes incluidos, e introducido a través de una jeringuilla en el torrente circulatorio de un paciente para que, a través de él, acceder y reparar una lesión cerebral del mismo; un submarino nanotecnológico.

Hoy día no necesitamos un rayo reductor. Los avances nanotecnológicos nos permitirán construir el nano-submarino con piezas nano porque ya hemos empezado a manejar y manipular  átomos sueltos.  Sino, vean quién ha ganado el premio Nobel de Química del 2016, tres científicos que se ha sumergido en el mundo de lo nano y ya han hecho sus pinitos creando máquinas moleculares.

nobel_price_2016Si echamos la imaginación a volar y tiramos también de lógica, una nanomáquina (en nuestro caso, un hipotético nanosubmarino reparador de mutaciones de ADN) debe tener tres características indispensables para que sea factible:

  • Una “coraza” para que a su paso por los diferentes “tubos” por los que sería introducido en el cuerpo, no fuese dañado y hundido antes de llegar a su objetivo.
  • Un “localizador del objetivo”, es decir, una señal para reconocerlo y poder excluir lo que no es el objetivo.
  • Un “torpedo” lo suficientemente potente para introducirlo en el objetivo (el núcleo de unas células específicas de un órgano, por ejemplo).

En los enlaces indicados a continuación podemos apreciar diferentes aplicaciones de la utilización de nanopartículas en biomedicina, pero con imaginación ya veis que se puede recrear la inmensa cantidad de aplicaciones que la nanotecnología puede proporcionarnos.

http://www.agenciasinc.es/Noticias/Nanoparticulas-para-combatir-enfermedades-infecciosas

http://www.elmundo.es/ciencia/2013/11/29/52989d2961fd3d67558b4579.html

http://www.elmundo.es/salud/2013/12/11/52a8c02461fd3d7f2a8b4578.html?a=e1017c79219ff622f70c967f089b38f1&t=1386841940

http://www.solociencia.com/2014/02/03/obtienen-nanocapsulas-con-actividad-antitumoral-en-lineas-celulares-de-cancer-de-mama/

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